(57)【要約】【課題】  燃焼用空気や燃料中に有機シリコン等の不純物が含まれている場合、燃焼により燃焼室や炎電流検出電極の表面に形成される電気絶縁性の酸化皮膜によって炎電流が低下し、正常燃焼状態であるにもかかわらず異常燃焼状態であるとして燃焼停止する。【解決手段】  炎電流検出用の複数の電極が、燃焼室から絶縁した状態で、それぞれ、火炎に接触するように燃焼室に設置され、複数の電極のうちプラス側の電極と燃焼室とを電流が流れる第１の検出回路を形成し、プラス側の電極と複数の電極のうちマイナス側の電極とを電流が流れる第２の検出回路を形成し、第１の検出回路及び第２の検出回路を回路切換器により切換え、炎電流検出器によりそれぞれの炎電流を検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料に空気を混合した混合気を燃焼室において燃焼させ、炎中を流れる炎電流を炎電流検出用の電極によって検出することによって、前記燃焼室内での燃焼状態を判断する燃焼装置であって、
前記炎電流検出用の複数の電極が、前記燃焼室から絶縁した状態で、それぞれ、火炎に接触するように前記燃焼室に設置され、
前記複数の電極のうちプラス側の電極と前記燃焼室とを電流が流れる第１の検出回路を形成し、
また、前記プラス側の電極と前記複数の電極のうちマイナス側の電極とを電流が流れる第２の検出回路を形成し、
前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路を回路切換器により切換え、炎電流検出器によりそれぞれの炎電流を検出することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路により検出された炎電流値の少なくと一検出値が正常であれば、燃焼は正常燃焼と判断し、両検出回路での全ての検出値が異常であれば、燃焼は異常燃焼と判断することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
異常燃焼に対応する炎電流値である閾値に基づき、前記炎電流検出器が検出した炎電流により、制御手段が燃焼が正常燃焼か異常燃焼かを判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記第２の検出回路を前記燃焼室の基準電位から分離し、独立させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の燃焼装置に温水加熱用の熱交換器を内蔵させ、該熱交換器の温水を配管供給し暖房の熱源とすることを特徴とする温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスや石油等の燃料と空気との混合気を燃焼室において燃焼させ、炎中を流れる炎電流に基づいて燃焼を制御する燃焼装置及びこの燃焼装置使用の温水暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃焼装置及びこれを使用した温水暖房装置には、次のようなものがある。
温水暖房装置は、温水加熱用の熱交換器を内蔵する燃焼装置の燃焼室内での燃焼状態を炎中を流れる炎電流により検出する燃焼検出手段と、燃料検出手段の検出結果から燃焼室内が異常燃焼状態にあるときに燃焼を停止し、燃焼室内が正常燃焼状態にあるときに燃焼を継続する燃焼装置の燃焼制御手段と、検出の開始時間を暖房運転が開始されて最初の燃焼開始のときには暖房運転中の燃焼継続中及び燃焼再開のときよりも５割以上遅らせる検出時間遅延手段からなる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−６８４２３号公報（第２頁〜第６頁、第１図〜第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来の燃焼装置においては、炎電流の検出は、炎電極と燃焼器のバーナとの間に所定の電圧を印加し、これにより炎中を流れる炎電流を検出しているため、燃焼用空気や燃料中に有機シリコン等の不純物が含まれている場合、燃焼により燃焼室や炎電流検出電極の表面に形成される電気絶縁性のある二酸化珪素（ＳｉＯ2）の酸化皮膜によって炎電流が低下し、完全燃焼状態等の正常燃焼状態であるにもかかわらず不完全燃焼状態等の異常燃焼状態であるとして燃焼停止する、即ち、誤動作するといった問題がある。誤動作に至るまでの期間は、含まれる不純物の量や使用条件にもよるが、1ヶ月〜２ヶ月という短期間で発生することもあり、正常燃焼であるにもかかわらず、燃焼を停止してしまうため、その都度、部品交換しなければならなかった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、燃焼装置が正常燃焼状態にあるにもかかわらず、外的要因等によって炎電流が異常となることにより異常燃焼と誤って判断し、燃焼を停止する誤動作を回避できる燃焼装置を得ること、及びこの燃焼装置を使用する温水暖房装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃焼装置は、燃料に空気を混合した混合気を燃焼室において燃焼させ、炎中を流れる炎電流を炎電流検出用の電極によって検出することによって、燃焼室内での燃焼状態を判断する燃焼装置であって、炎電流検出用の複数の電極が、燃焼室から絶縁した状態で、それぞれ、火炎に接触するように燃焼室に設置され、複数の電極のうちプラス側の電極と燃焼室とを電流が流れる第１の検出回路を形成し、プラス側の電極と複数の電極のうちマイナス側の電極とを電流が流れる第２の検出回路を形成し、第１の検出回路及び第２の検出回路を回路切換器により切換え、炎電流検出器によりそれぞれの炎電流を検出するものである。
【発明の効果】
【０００６】
燃焼装置の燃焼の正常、異常の判断を第１の検出回路と第２の検出回路との両方で行うことができ、少なくともどちらかの検出回路で正常と判断された場合は、正常燃焼とし、両方の検出回路で異常と判断された場合は、異常燃焼とすることにより、どちらか一方の検出回路による炎電流の検出に起因して、正常燃焼しているにもかかわらず異常燃焼と判断する燃焼状態の誤判断を防止でき、燃焼状態が正常燃焼であるにもかかわらず、燃焼を停止するという誤動作を防止できる。また、誤判断による部品の交換も防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の燃焼装置の構成図であり、図２は、炎電流検出回路の説明図であり、図３は、燃焼空気比に対する炎電流の特性図である。
図１に示すように、本燃焼装置は、燃焼室１と、燃焼室１に燃焼用空気を供給する送風機４と、燃焼室１に燃料を供給する燃料ポンプ６と、燃焼室１内で形成される燃料と燃焼用空気の混合気の燃焼により生じる火炎の炎電流検出用のプラス側の電極である電極８、マイナス側の電極である電極９と、電極８と燃焼器３間の炎電流を検出する第１の検出回路である電極・燃焼器間検出回路Ａと、電極８と電極９間の炎電流を検出する第２の検出回路である電極間検出回路Ｂと、これらの検出回路を切換える回路切換器１４と、電極・燃焼器間検出回路Ａ及び電極間検出回路Ｂに設置した電源１５と、制御装置１１等とで構成される。
【０００８】
燃焼室１には気化器２を備えた燃焼器３が組込まれ、気化器２はヒータ５によって予熱される。また、燃焼室１には、燃料ポンプ６によって供給され、気化器２で気化された燃料と送風機４によって供給される燃焼用空気とにより混合気が形成される。この混合気は、気化器２に続く燃焼器３の炎口７において火炎を形成し燃焼する。
電極８は、電極・燃焼器間検出回路Ａ、電極間検出回路Ｂにおいて、プラス側となる棒状のフレームロッドであり、電極９は、電極間検出回路Ｂにおいて、マイナス側となる棒状のフレームロッドである。これらの電極８、９は、燃焼器３から絶縁した状態で燃焼室１に設置され、燃焼室１内の複数の火炎のうち、１個又は複数個の火炎中に、それぞれの電極が接触するように配置される。
【０００９】
制御装置１１は、炎電流検出器である炎電流検出回路１２と制御手段を構成する状態判断部１３等からなり、炎電流検出回路１２は炎電流を抵抗で電圧降下させ、この電圧降下した電圧値を検出する。状態判断部１３は、この電圧値により、炎中の炎電流が正常かどうかを判断する。
なお、図１の１０は、燃焼ガスの流れ方向を示す。
【００１０】
次に、本燃焼装置の燃焼状態検出動作を説明する。
燃焼装置の燃焼中は、燃焼状態を所定のタイミングで検出する。
回路切換器１４が電極・燃焼器間検出回路Ａに切換えられると（図１で、回路切換器１４で回路が１４ａ側に接続）、電源１５、プラス側の電極である電極８、燃焼器３、回路切換器１４、炎電流検出回路１２及び電源１５と接続した回路が形成される。そして、電極８が接触している火炎の炎電流、即ち、図２の左側に記載のプラス側のフレームロッド８（電極８）とマイナス側の燃焼器３間の火炎を流れる炎電流が制御装置１１の炎電流検出回路１２で検出され、炎電流値が正常かどうかが状態判断部１３で判断される。正常の判断で燃焼を継続し、正常でないとの判断で燃焼を停止する。
また、回路切換器１４により電極間検出回路Ｂに切換えられると（図１で、回路切換器１４で回路が１４ｂ側に接続）、電源１５、電極８、電極９、回路切換器１４、炎電流検出回路１２及び電源１５と接続した回路が形成される。そして、電極８と電極９間の火炎の炎電流、即ち、図２の右側に記載のプラス側のフレームロッド８（電極８）とマイナス側のフレームロッド９（電極９）間の火炎を流れる炎電流が炎電流検出回路１２で検出され、炎電流が正常かどうかが状態判断部１３で判断される。正常の判断で燃焼を継続し、正常でないとの判断で燃焼を停止する。
状態判断部１３による炎電流の正常、異常の判断は、例えば、所定の電流値以上を正常とし、所定の電流値未満となった場合異常とする。
【００１１】
回路切換器１４による検出回路の切換は、例えば、電極・燃焼器間検出回路Ａで検出を行い、炎電流を異常と判断したとき、制御装置１１が回路切換器１４を電極間検出回路Ｂに切換える。そして、炎電流を検出し、正常と判断された場合は、燃焼室１の燃焼は正常（正常燃焼）とし、燃焼を継続する。一方、電極間検出回路Ｂに切換え、炎電流を検出し、異常と判断された場合は、燃焼室１の燃焼は異常（異常燃焼）とし、燃焼を停止する。即ち、両方の検出回路で検出を行い、少なくともどちらかの検出回路で正常と判断された場合は、燃焼を継続し、両方の検出回路で異常と判断された場合は燃焼を停止する。
【００１２】
このようにすれば、電極・燃焼器間検出回路Ａで炎電流を検出し、燃焼空気または燃料にシリコンが混入し、絶縁性の酸化皮膜が燃焼器３の表面及び電極８に形成され、炎電流が抵抗の上昇により低下し、正常燃焼をしているにもかかわらず、所定の電流値未満となっても、電極間検出回路Ｂで炎電流を検出すれば、正常と判断され、誤動作なく燃焼は継続できる。
なお、電極間検出回路Ｂにおいては、フレームロッド８（電極８）及びフレームロッド９（電極９）の温度が高温であるため、酸化皮膜の抵抗が低く、炎電流の低下がほとんど生じない。
図３に両検出回路による検出結果の例を示す。図３は、燃焼空気比に対する炎電流を示したものである。炎電流は、一般的に燃焼空気比が１程度で最大値をとる山形の変化となるが、電極・燃焼器間検出回路Ａで炎電流を検出した場合には、皮膜なしの正常な電流値に対して皮膜付着時の電流値が大きく低下し、皮膜付着の影響が大きいのに対して、電極間検出回路Ｂにおいては、皮膜付着による電流値の低下はわずかであり、皮膜付着の影響は少ない。
【００１３】
また、正常燃焼中に、ゴミ等の混入により、一時的にフレームロッド９（電極９）が燃焼器３に短絡し、炎電流が異常値となり、異常判定された場合でも、回路切換器１４を電極・燃焼器間検出回路Ａに切換え、炎電流を検出することにより、正常判断され誤判断することなく、燃焼を継続できる。
【００１４】
また、電極間検出回路Ｂにおける検出の場合は、炎間で検出回路が形成されるため、空気比の高い領域で火炎がリフト気味となる領域では充分な炎電流が得られない特性があり、運転中に何らかの原因でこの領域に入ってしまった場合でも、電極・燃焼器間検出回路Ａに切換えることにより、正常判断され誤判断することなく、燃焼を継続できる。
【００１５】
上記のように、本燃焼装置によれば、燃焼装置の燃焼の正常燃焼、異常燃焼の判断を電極・燃焼器間検出回路Ａと電極間検出回路Ｂとの両方で行うことができ、少なくともどちらかの検出回路で正常と判断された場合は、正常燃焼とし、両方の検出回路で異常と判断された場合は、異常燃焼とすることにより、どちらか一方の検出回路による炎電流の検出上の問題に起因して、正常燃焼しているにもかかわらず異常燃焼と判断する燃焼状態の誤判断を防止でき、正常燃焼と正しく判断でき、燃焼を停止するという誤動作を防止できる。また、誤判断による部品の交換も防止できる。
【００１６】
実施の形態２．
本実施の形態の燃焼装置は、炎電流の正常、異常の判断を所定の閾値を設けて行うものであり、その他の構成等は、実施の形態１と同じであるので、以下主として相違点を説明する。
図４は、炎電流の正常、異常の判断を行う状態判断部の動作フローチャートであり、図５は、炎電流の正常、異常の判断を示す炎電流閾値を示す閾値設定図である。
図５に示すように、電極・燃焼器間検出回路Ａ及び電極間検出回路Ｂには、それぞれ、異常燃焼に対応する閾値（炎電流値が閾値以上であれば、燃焼は正常燃焼であり、閾値未満であれば、燃焼は異常燃焼とする）として、所定の閾値が設定される。また、電極・燃焼器間検出回路Ａにおいては、絶縁性の酸化皮膜形成時の炎電流値は閾値より小さく、電極間検出回路Ｂにおいては、絶縁性の酸化皮膜形成時の炎電流値は閾値より大きいことがわかる。
【００１７】
検出炎電流値に対して、制御手段である状態判断部１３による上記の閾値に基づく燃焼状態の判断は、図４のようになされる。
電極・燃焼器間検出回路Ａまたは電極間検出回路Ｂにおいて、Ｓ２で炎電流（ＩＦ）を検出し、所定の閾値である閾値１と比較し、炎電流が大きいか等しい場合は、Ｓ３で燃焼は正常燃焼と判断し、燃焼を継続する。炎電流が小さい場合は、Ｓ４で検出回路を切換える。次いで、Ｓ５で検出炎電流を、切換えた検出回路の閾値である閾値２と比較し、大きいか等しい場合は、Ｓ６で正常燃焼として燃焼を継続する。炎電流が小さい場合は、Ｓ７で異常燃焼と判断し、燃焼を停止する。
このように閾値を設定して燃焼状態を判断することにより、絶縁性の皮膜形成による誤判断が防止でき、燃焼状態の判断精度を向上できる。
【００１８】
また、実施の形態１で説明したゴミの混入による誤判断、空気比の高い領域で火炎がリフト気味となることによる誤判断も閾値を用いた判断を行うことにより、同様に精度よく誤判断が解消できる。
なお、上記閾値による燃焼状態の判断は、閾値として下限値使用による判断であるが、下限値と共に上限値も使用して、下限値以上で、かつ上限値以下で正常燃焼と判断するようにしてもよく、即ち、少なくともどちらかの検出回路で下限値以上で、かつ上限値以下であれば正常燃焼とし、両方の検出回路で下限値未満、または両方の検出回路で上限値を越える場合、異常燃焼とする。このようにすれば、同様に異常燃焼と誤判断することが防止でき、特に上記のゴミの混入による短絡等で電流値が上昇することにより異常燃焼と誤判断することが防止できる。
【００１９】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３の燃焼装置の構成図である。
本実施の形態の燃焼装置は、図６に示すように、電極・燃焼器間検出回路Ａ及び電極間検出回路Ｂにおいて、燃焼室１に本体アースＣを設置し、電極間検出回路Ｂを燃焼室１の基準電位から分離し、独立する構成とする。即ち、燃焼室１の本体アースＣ及び制御装置１１の炎電流検出回路１２の下流側（電源のマイナス側）に回路アースＤを設ける。その他の構成及び制御等は実施の形態１または２と同じであるので、以下主として相違点を説明する。
【００２０】
本燃焼装置においては、水濡れ等で本体アースＣと制御装置１１の絶縁不良が生じた場合、例えば、本体アースＣと回路アースＤとが短絡した場合に、電極・燃焼器間検出回路Ａでの炎電流検出では、絶縁不良により検出回路の抵抗が変化し、状態判断部１３が炎電流の異常値として検出しても、電極間検出回路Ｂに切換え検出することにより、絶縁不良による検出回路異常の影響を受けることがなくなり、燃焼状態の誤判断を防止できる。
【００２１】
実施の形態４．
図７は、燃焼装置使用の温水暖房装置を示す概略構成図である。
本実施の形態の温水暖房装置は、実施の形態１、２または３に記載の燃焼装置２０を使用して温水を作成する。燃焼装置２０の構成及び制御等は、実施の形態１、２または３に記載の通りであるので、以下主として温水暖房装置の燃焼装置２０以外について説明する。
【００２２】
室内に配設されている温水暖房装置の本体の外郭をなす筐体２１内に、温水加熱用の高温の燃焼ガスを生成する燃焼装置２０が設置される。燃焼装置２０内には熱交換器２２が配設され、燃焼用の空気が吸気口２３から燃焼器３に給気される。また、燃焼後の排気ガスは排気口２４から排出される。
燃焼装置２０には、筐体１外の燃料タンク（図示せず）から液体燃料が定油面器２５を介して燃料ポンプ６、給油管１７により燃焼器３に供給される。燃焼器３に液体燃料が供給されると、気化器２により気化し、燃焼用空気と混合されて燃焼室１内で燃焼される。
【００２３】
熱交換器２２で加熱された温水は、温水タンク２６に貯留される。温水タンク２６の温水は、底部に接続された給湯管２７を介して循環ポンプ２８により循環される。給湯管２７から往き管３２ａ、３２ｂが分岐し、それぞれ、先端が熱交換器２９と暖房パネル３０の温水入口に接続され、また、戻り管３３ａ、３３ｂのそれぞれの一方の端が熱交換器２９と床暖房パネル３０の温水出口に接続され、他方の端が集合して一本化され熱交換器２２に接続される。
なお、図７では、炎電流検出用の電極８、９は、電極８、９とまとめて記載している。
【００２４】
本温水暖房装置は、温水との熱交換を利用して温風による暖房と床暖房による暖房とで室内の暖房を行う。この暖房動作を簡単に説明する。
暖房運転の開始により、燃焼装置２０では燃料が燃焼されて高温の排気ガスが生成される。そして、この高温の排気ガスにより熱交換器２２で温水が加熱される。この高温の温水は温水タンク２６に一旦貯留された後、循環ポンプ２８の駆動により給湯管２７及び両往き管３２ａ、３２ｂを通り、熱交換器２９及び床暖房パネル３０に送られる。
熱交換器２９では対流用ファン３４から送風される空気との熱交換により温風が生成され、温風出口から室内に吹出される。この温風により室内の暖房が行われる。
また、床暖房パネル３０では熱交換器３１からの放熱により床面を直接暖房する床暖房が行われる。熱交換器２９及び床暖房パネル３０で熱交換後に低温となった温水は、戻り管３３ａ、３３ｂを通り再び熱交換器２２に戻されて再加熱される。そして、上記サイクルを繰返すことにより暖房運転を継続する。
【００２５】
なお、この温水暖房装置の運転制御としては、ヒータ温度検出器（図示省略）による検出温度が所定温度以上になった場合、安全確保のため燃焼装置２０の過熱度を防止するために温水暖房装置の運転を停止する。また、温湯検出器（図示省略）で検出される湯温が６２〜８２℃の範囲内にあるように、燃焼装置２０への燃焼用空気及び燃料の供給量を制御して燃焼器３の燃焼をオン・オフ制御する。
本温水暖房装置によれば、燃焼装置の燃焼状態の誤判断が防止できる。
【００２６】
上記の各実施の形態では、炎電流検出用の電極として、プラス側の電極８とマイナス側の電極９をそれぞれ１個設けた場合を記載したが、プラス側の電極８を１個とマイナス側の電極９を複数個設け、電極・燃焼器間検出回路Ａと複数の電極間検出回路Ｂを形成し、または、それぞれ複数個設け、複数の電極・燃焼器間検出回路Ａと複数の電極間検出回路Ｂを形成し、各実施の形態に記載のように検出、制御してもよく、このようにすれば、検出回路を切換えて炎電流を検出し、いずれかの検出回路での検出結果が正常であれば、正常燃焼と判断し、全ての検出回路の検出結果が異常であれば、異常燃焼と判断することにより、さらに一層誤判断の防止が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の燃焼装置は、温水を作成し、これを熱源とすることで温水暖房装置等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１の燃焼装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の燃焼装置の炎電流検出回路の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１の燃焼装置の燃料空気比に対する炎電流の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態２の燃焼装置の炎電流の正常、異常の判断を行う状態判断部の動作フローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２の燃焼装置の炎電流の正常、異常の判断を示す炎電流閾値を示す閾値設定図である。
【図６】本発明の実施の形態３の燃焼装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４の燃焼装置使用の温水暖房装置を示す概略の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃焼室、８  電極（プラス側の電極）、９  電極（マイナス側の電極）、１２  炎電流検出器、１３  制御手段、１４  回路切換器、Ａ  第１の検出回路、Ｂ  第２の検出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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